一種動態離子流檢測系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種動態離子流檢測系統，包括：3D顯微鏡、微電極、信號放大器、信號調理器、圖像采集/運動控制/數據處理器。采用本發明提供的動態離子流檢測系統，能夠解決平面成像導致的微電極信號采集不準確的問題，實現信號立體檢測，為電生理學研究提供可靠的工具。
【專利說明】一種動態離子流檢測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及微測技術，尤其涉及一種動態離子流檢測系統。
【背景技術】
[0002]現有的非損傷維測技術，是在計算機控制下，利用微電極以不接觸樣品的非損傷方式測試樣品的局部微區信息，如進出樣品離子分子濃度、流動速率以及流動方向信息，樣品表面局部電流等。測量不同信息采用不同特性的微電極:如測量進出樣品離子分子流動信息采用選擇性/特異性分子微電極，該微電極類型有玻璃微電極、金屬微電極、碳纖維微電極等，可以測量的離子恩子種類包括H+、Ca2+、H+、K+、Mg2+、Cl—、N03_等，測量樣品表面局部電流信息采用振動微電極等。
[0003]非損傷微測技術采用微電極接近被測樣品的方式采集信號，微電極并不接觸或侵入樣品，測量過程對樣品無任何損傷性，肺損傷為測技術特有的非損傷性測量方式使其可應用與生物活體到飛圣體的廣大范圍樣品，生物活體樣品可以是生物整體、器官、組織、細胞層、單細胞乃至富集的細胞器等，非生物體可以是金屬材料、顆粒物體、膜材料等等。
[0004]但是隨著現有非損傷微測技術的廣泛和深入應用，其內在缺陷也暴露出來。現有非損傷微測技術并非完全自動操作，顯微鏡對焦、被測樣品以及電極置于顯微鏡同一視野下等需要實驗人員手工進行，手工操作導致測量過程無法標準化，實際測量質量與實現人員的水平和經驗密切相關。手工操作不可避免的個差異性也導致測量結果的一致性和重復性較差。
[0005]隨著光電技術的不斷發展，自動獲取物體精確圖像和位置信息、追蹤物體運動的系統，如全自動影像追蹤系統等已經形成成熟的商業化產品。其所獲得的物理圖像和位置信息通過計算機軟件處理，可以轉換為標準化最標致、分辨率等信息，成為實施智能控制基礎。控制軟件可基于標準化信息按照預設的要求發出控制指令控制被追蹤物體的運動，并根據物體圖像和位置信息的實時測量結果調整控制指令，實現智能控制。
[0006]但是現有技術中的離子流檢測系統只能在平面上成像，會導致離子流檢測結果的不準確、不能實現大景深檢測；不能實現多方位觀察；沒有成像立體感。不利于實現準確定位微電極與被測樣品的相對位置。
【發明內容】
[0007]本發明提供了一種動態離子流檢測系統，能夠準確定位微電極與被測樣品的相對位置，從而實現離子流信號檢測的準確性。
[0008]本發明中提供了一種動態離子流檢測系統，包括:
[0009]3D顯微鏡、微電極、信號放大器、信號調理器、圖像采集/運動控制/數據處理器；
[0010]所述3D顯微鏡用于觀測微電極，并將觀測圖像發送到圖像采集/運動控制/數據處理器；
[0011]所述微電極中灌裝有液態離子，用于對被檢測植物材料供應離子；[0012]所述信號放大器用于將微電極采集到的信號放大，并發送至信號調理器；
[0013]所述信號調理器用于對信號放大器發送的信號進行A/D調理，并將調理后的信號發送至所述圖像采集/運動控制/數據處理器；
[0014]所述圖像采集/運動控制/數據處理器用于根據所述3D顯微鏡發送的觀測圖像和所述信號調理器發送的信號確定被檢測植物材料的生理狀況。
[0015]優選的，所述微電極內部經硅烷化處理。
[0016]優選的所述圖像采集/器運動控制/數據處理器還用于控制所述3D顯微鏡的方位。
[0017]優選的所述圖像采集/器運動控制/數據處理器具體用于根據所述3D顯微鏡發送的觀測圖像和所述信號調理器發送的信號獲取微電極中的離子流數據，并根據獲取到離子流數據確定被檢測植物材料的生理狀況。
[0018]本發明提供的動態離子流檢測系統，包括:3D顯微鏡、微電極、信號放大器、信號調理器、圖像采集/運動控制/數據處理器；所述3D顯微鏡用于觀測微電極，并將觀測圖像發送到圖像采集/運動控制/數據處理器；所述微電極中灌裝有液態離子，用于對被檢測植物材料供應離子；所述信號放大器用于將微電極采集到的信號放大，并發送至信號調理器；所述信號調理器用于對信號放大器發送的信號進行A/D調理，并將調理后的信號發送至所述圖像采集/運動控制/數據處理器；所述圖像采集/運動控制/數據處理器用于根據所述3D顯微鏡發送的觀測圖像和所述信號調理器發送的信號確定被檢測植物材料的生理狀況。采用本發明提供的動態離子流檢測系統，能夠解決平面成像導致的微電極信號采集不準確的問題，實現信號立體檢測，為電生理學研究提供可靠的工具。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明實施例一提供的動態離子流檢測系統的結構示意圖；
[0020]圖2為本發明實施例二提供的動態離子流檢測系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0022]本發明實施例一提供的動態離子流檢測系統，如圖1所示，該系統包括:
[0023]3D顯微鏡1、微電極2、信號放大器3、信號調理器4、圖像采集/運動控制/數據處理器5 ;
[0024]3D顯微鏡I用于觀測微電極2，并將觀測圖像發送到圖像采集/運動控制/數據處理器5 ；
[0025]微電極2中灌裝有液態離子，用于對(培養皿6)中的被檢測植物材料7供應離子；
[0026]信號放大器3用于將微電極2采集到的信號放大，并發送至信號調理器4 ；
[0027]信號調理器4用于對信號放大器3發送的信號進行A/D調理，并將調理后的信號發送至圖像采集/運動控制/數據處理器5 ；
[0028]圖像采集/運動控制/數據處理器5用于根據3D顯微鏡I發送的觀測圖像和信號調理器4發送的信號確定被檢測植物材料7的生理狀況。[0029]優選的，微電極2為內部經硅烷化處理的微電極。
[0030]這樣能夠使得微電極尖端內壁更具附著力，有利于液態離子交換機附著而不滲漏到外面。
[0031]優選的，圖像采集/器運動控制/數據處理器5還用于控制3D顯微鏡I的方位。
[0032]通過這種方式，一方面能夠保證3D顯微鏡的視野，使3D顯微鏡更好的監測微電極與植物材料的相對位置，另一方面，能夠避免手動調節顯微鏡的位置，對顯微鏡的調節更加精準。
[0033]優選的，圖像采集/器運動控制/數據處理器5具體用于根據3D顯微鏡I發送的觀測圖像和信號調理器4發送的信號獲取微電極中的離子流數據，并根據獲取到離子流數據確定被檢測植物材料的生理狀況。
[0034]本發明實施例中，基于菲克定律和能斯特方程離子/分子運動規律，利用3D顯微鏡I觀測微電極2檢測植物材料7，將圖像傳到圖像采集器/運動控制/數據處理器5上處理獲得三維圖像；信號放大器3將微電極2采集到的信號實現初步放大，再經過信號調理器實現A/D信號調理，最終將離子流數據傳給圖像采集/器運動控制/數據處理器5處理，通過圖像采集/器運動控制/數據處理器5實現三維圖像采集和對實時三維圖像控制并實現離子流數據獲取，通過獲得的離子流數據判斷離子運動速率、運動方向等信息，從而判斷植物材料的生理狀況。
[0035]下面結合具體應用場景，對利用本發明實施例提供的動態離子流檢測系統實現動態離子流的過程進行說明，以玉米根尖作為實驗材料，測量其根尖對K+的吸收情況:用K+液態離子交換劑Potassium ionophore 1-cocktail A (sigma公司生產),測量步驟可如圖2所示:
[0036]步驟201，材料準備:玉米苗根尖
[0037]步驟202，材料生理平衡:將玉米苗根尖置于測試液(含有0.1mM KCl、0.1mMCaCl2、0.1mM MgCl2、0.5mM NaCl、0.2mM Na2SO4 和 0.3mM MES 的溶液)中平衡 30-50 分鐘，
[0038]步驟203，微電極2制備:用美國SUTER公司P_97微電極拉制儀拉制微電極2，微電極2內部做硅烷化處理。
[0039]步驟204，微電極2灌裝:首先灌裝Icm長度灌充液(K+灌充液成份IOOmM KCl),然后利用毛細管虹吸作用原理吸入尖端一定長度的液態離子交換劑(LIX)，K+吸入LIX約180 μ m，微電極2灌裝完畢。
[0040]步驟205,微電極2校正:將灌裝好的K+離子微電極2置于信號放大器上用0.5mM和0.05mM KCl校正微電極斜率值約58，微電極校正完畢。
[0041]步驟206，開始檢測生理平衡好的玉米苗根尖材料。
[0042]步驟207，分別得到玉米苗根尖觀測部位的三維圖像和K+離子流速，判斷玉米苗根尖生理狀態，例如K+和NH4+的吸收是否正常、植物是否受到脅迫等。
[0043]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種動態離子流檢測系統，其特征在于，包括: 3D顯微鏡、微電極、信號放大器、信號調理器、圖像采集/運動控制/數據處理器； 所述3D顯微鏡用于觀測微電極，并將觀測圖像發送到圖像采集/運動控制/數據處理器； 所述微電極中灌裝有液態離子，用于對被檢測植物材料供應離子； 所述信號放大器用于將微電極采集到的信號放大，并發送至信號調理器； 所述信號調理器用于對信號放大器發送的信號進行A/D調理，并將調理后的信號發送至所述圖像采集/運動控制/數據處理器； 所述圖像采集/運動控制/數據處理器用于根據所述3D顯微鏡發送的觀測圖像和所述信號調理器發送的信號確定被檢測植物材料的生理狀況。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述微電極內部經硅烷化處理。
3.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述圖像采集/器運動控制/數據處理器還用于控制所述3D顯微鏡的方位。
4.如權利要求1所述的系統，所述圖像采集/器運動控制/數據處理器具體用于根據所述3D顯微鏡發送的觀測圖像和所述信號調理器發送的信號獲取微電極中的離子流數據，并根據獲取到離子流數據確定被檢測植物材料的生理狀況。
【文檔編號】G01N27/00GK103760192SQ201410013209
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】王成, 侯佩臣, 王曉冬, 羅斌, 姜富斌, 朱大洲, 宋鵬, 路文超, 趙勇 申請人:北京農業信息技術研究中心
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